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關于信道編碼理論的發展

瀏覽:6422  來源:通信人在線  日期:2020-03-02

1948年香農在其開創性的論文中奠定了信息理論的基礎,并提出了著名的信道編碼定理及其逆定理:對于任何一個無記憶信道,存在一個確定的參數,即信道容量,當信道信息傳輸速率小于信道容量時,通過適當的編碼和譯碼方法可以使得信道在接收端的誤碼率任意小,即可以實現無差錯通信;反之,如果信道信息傳輸速率大于信道容量,那么無論采用怎樣的編碼和譯碼方法,信道接收端的誤碼率都會大于一個小的常數,即無法實現無差錯通信。香農揭示了一個非常具有挑戰性的課題,即采用怎樣的編碼和譯碼方法,才能以逼近信道容量的信息傳輸速率可靠地進行通信。在香農論文發表后,研究人員就投入了對逼近香農限的編譯碼方法的探索之中。

20世紀50年代至90年代之前,研究重點主要集中在兩類編碼方案上,一類是線性分組碼,一類是卷積碼。在線性分組碼方面,1960年由BoseRay-ChaudhuriHocquenghem提出的BCH碼和ReedSolomon提出的RS碼應用最廣。Elias1955年提出了卷積編碼方案后,先后提出了序列譯碼算法、Fano譯碼算法、堆棧譯碼算法、Viterbi譯碼算法。Viterbi譯碼由于性能優越且譯碼復雜度低而成為目前最常用的卷積碼譯碼算法。在這一時期,還有兩種優異的編碼方案。一種是將分組碼和卷積碼結合起來的級聯碼,它由Forney1966年提出。研究表明,級聯碼的性能相比分組碼或卷積碼有較大提高,而譯碼復雜度沒有明顯增加。另一種是網格編碼方案(TCM),它是將編碼和調制技術結合起來。研究表明,網格編碼方案可以帶來可觀的編碼調制增益。

1993年,Claude Berrou提出了一種新型的信道編碼方案--Turbo碼,仿真結果證明Turbo碼能夠逼近香農限。隨著研究人員對Turbo碼的深入研究,發現Turbo碼的實現原理和Gallager1960年提出的低密度校驗(LDPC)碼極其相似。1996Mackey等人重新研究了LDPC碼,發現其同樣具有逼近信道容量的譯碼性能。已有的結果表明,LDPC碼在碼長較大時,其性能甚至超過Turbo碼。

除了TurboLDPC碼以外,目前人們還發明了其他許多性能優異的編碼方案,如Turbo乘積碼、PA碼、RA碼等。

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